全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”成功发射

王晋岚

据中国科学技术大学微尺度物质科学国家实验室、中科院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心报道，2016年8月16日，世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在酒泉卫星发射中心成功发射升空。“墨子号”约640千克，设计寿命为2年，运行在高度约500公里的极地轨道。目前“墨子号”已进入预定轨道，开始为期约3个月的在轨测试。“墨子号”是中科院空间科学先导专项首批确定立项研制的4颗科学实验卫星之一，其成功发射和在轨运行，不仅将助力于我国广域量子通信网络的构建，服务于国家信息安全，还将开展对量子力学基本问题的空间尺度实验检验，加深人类对量子力学自身的理解。

量子通信基于量子物理学的基本原理，克服了经典加密技术内在的安全隐患，是迄今为止唯一被严格证明是无条件安全的通信方式，可以从根本上解决国防、金融、政务、商业等领域的信息安全问题。目前，基于光纤的城域和城际量子通信技术正在走向实用化和产业化，我国在这方面已经走在世界前列。但由于光纤的固有损耗以及单光子状态的不可复制性，目前点对点光纤量子通信的距离难以突破百公里量级。因此，要实现广域乃至全球化的量子通信网络，还需要借助卫星的中转。

2003年，中国科学技术大学潘建伟团队率先开展远距离自由空间量子通信实验研究。2004年底，团队在合肥市大蜀山实现了13公里自由空间的量子纠缠分发和量子密钥分发，在国际上首次证实了光子纠缠态在穿透大气层后，其量子性质仍然能有效保持，验证了星地量子通信的可行性。此后，在“远距离量子通信实验研究”和“空间尺度量子实验关键技术与验证”两个中科院知识创新工程重大项目的支持下'潘建伟团队联合中科院上海技术物理研究所、中科院微小卫星工程中心等单位，先后实现了16公里自由空间量子隐形传态，100公里级自由空间量子隐形传态和双向量子纠缠分发，星地量子通信的全方位地基验证等重要实验，为实现星地量子通信奠定了坚实的科学与技术基础。

在完成上述系列关键技术突破的基础上，2011年底，由中国科学技术大学牵头提出并策划的中科院战略先导科技专项“量子科学实验卫星”正式立项。量子科学实验卫星建设和研制任务包括卫星系统、运载火箭系统、发射场系统、地面支撑系统、测控系统和科学应用系统六大系统。中国科学技术大学牵头负责确立整个专项的科学研究目标、总体技术目标和总体实验基本方案，负责科学应用系统的研制，并与中科院上海技术物理研究所合作完成有效载荷研制，包括负责研制量子纠缠源、量子实验控制与处理机，参与研制量子密钥通信机、量子纠缠发射机；上海微小卫星工程中心负责卫星平台研制；中科院国家天文台和中科院光电技术研究所负责量子通信地面站的建设。